현대 과학 연구, 통신 및 재료 분석에서 스펙트럼 분석기와 광학 스펙트럼 분석기는 모두 필수 정밀 측정 장비입니다. 이름은 비슷하게 들리고 둘 다 “스펙트럼'을 다루지만, 전자기 스펙트럼의 완전히 다른 영역에서 작동합니다. 애플리케이션에 적합한 기기를 선택하려면 이 둘의 차이점을 이해하는 것이 중요합니다.
광학 스펙트럼 분석기는 광학 신호, 즉 적외선, 가시광선 및 자외선 범위의 전자기 복사를 측정하고 분석합니다. 빛 신호의 파워가 파장(또는 주파수)에 따라 어떻게 변하는지를 보여줍니다. 주요 파라미터로는 중심 파장, 파장 범위(대역폭), 스펙트럼 분해능(간격이 가까운 파장을 분리하는 능력), 동적 범위 등이 있습니다. 측정값은 일반적으로 나노미터(nm) 또는 테라헤르츠(THz)로 표시됩니다.
OSA는 광섬유 통신, 레이저 특성화 및 광학 디바이스 테스트에 없어서는 안 될 도구입니다.
스펙트럼 분석기는 무선 주파수(RF) 및 마이크로파 영역의 전기 신호에 중점을 둡니다. 신호 전력이 주파수에 걸쳐 어떻게 분배되는지 측정합니다. 일반적인 작동 범위는 몇 킬로헤르츠(kHz) 또는 메가헤르츠(MHz)에서 시작하여 특수 모듈을 사용하면 수백 기가헤르츠(GHz) 또는 테라헤르츠(THz) 영역까지 도달할 수 있습니다. 주요 파라미터로는 주파수 범위, 해상도 대역폭(RBW), 비디오 대역폭(VBW), 표시 평균 잡음 수준(DANL), 위상 잡음 등이 있습니다. 따라서 스펙트럼 분석기는 RF 모니터링 및 분석, 무선 시스템 테스트를 위한 기본 계측기입니다.
측정하는 대상 외에도 작동 원리도 다릅니다.
대부분의 OSA는 회절 격자 또는 간섭계를 기반으로 작동합니다:
- 격자 기반 OSA: 회절 격자를 사용하여 파장별로 빛을 분리합니다. 격자 또는 감지기가 움직여 서로 다른 파장이 순차적으로 광검출기(예: 포토다이오드)로 전달되어 전력 측정이 이루어지도록 합니다.
- 간섭계 기반 OSA(FT-OSA): 미셸슨 간섭계를 사용하여 간섭 패턴을 생성한 다음 푸리에 변환을 통해 스펙트럼 분포를 얻습니다. 이 접근 방식은 더 높은 해상도와 감도를 제공합니다.
두 경우 모두 광 신호는 결국 측정 및 디스플레이를 위해 전기 신호로 변환됩니다.
최신 스펙트럼 분석기는 주로 슈퍼헤테로다인 아키텍처를 사용합니다:
- 믹싱 - 입력 신호는 내부 로컬 발진기(LO) 신호와 혼합됩니다.
- 중간 주파수(IF) 필터링 - 결과 IF 신호는 해상도 대역폭(RBW) 필터를 통과하여 주파수 간격을 얼마나 가깝게 분해할 수 있는지 결정합니다.
- 감지 및 표시 - 필터링된 IF 신호는 검출기(피크, 샘플 또는 RMS)에 의해 처리되어 익숙한 주파수 스펙트럼인 전력 대 주파수로 표시됩니다.
또한 고속 푸리에 변환(FFT) 기술을 기반으로 하는 실시간 스펙트럼 분석기는 무선 모니터링 및 EMC 테스트에 일반적으로 사용되는 과도 또는 비고정 신호를 분석하도록 설계되었습니다.
다음으로, 애플리케이션 시나리오의 차이점에 대해 논의해 보겠습니다. 광학 스펙트럼 분석기는 일반적으로 다음 시나리오에서 사용됩니다:
- 레이저 특성화(선폭, 중심 파장, 측면 모드 억제 비율 - SMSR)
- LED 스펙트럼 분석
- 광섬유 통신 테스트(WDM/DWDM 채널 전력, 광 신호 대 잡음비 - OSNR)
- 광학 필터 및 증폭기 평가
- 라만 및 형광 분광법(적절한 구성 사용)
- 재료 구성 및 구조 분석
스펙트럼 분석기는 다음 분야에서 사용됩니다:
- 무선 통신 테스트(모바일, 기지국, WiFi, 블루투스 송신기)
- 증폭기, 믹서, 필터, 오실레이터의 RF 분석
- 전자파 적합성(EMC) 사전 적합성 테스트(방사 및 전도성 방출)
- 레이더 및 위성 통신 신호 분석
- 신호 모니터링 및 간섭 감지
- 현장 무선 모니터링 및 현장 테스트를 위한 휴대용 스펙트럼 분석기에 사용
적합한 도구 선택하기
스펙트럼 분석기를 사용할지, 광학 스펙트럼 분석기를 사용할지는 전적으로 신호의 특성에 따라 달라집니다:
측정 조명?
광섬유 출력, 레이저 빔 또는 LED 광원으로 작업하고 파장 구성(색상, 스펙트럼 순도, 광 채널 파워)을 분석해야 하는 경우 광학 스펙트럼 분석기를 선택하세요.
전기 신호를 측정하시나요?
케이블이나 안테나를 통해 전송되는 RF, 마이크로파 또는 밀리미터파 신호를 분석하는 경우(주파수 구성 요소, 전력, 왜곡 또는 간섭원 연구) 스펙트럼 분석기가 필요합니다.
결론
스펙트럼 분석기와 광학 스펙트럼 분석기라는 이름은 단어 하나만 다르지만, 두 제품은 서로 다른 물리량과 주파수 범위를 제공합니다:
광학 스펙트럼 분석기는 광통신, 레이저 기술 및 광학 재료 연구에 필수적인 빛의 파장과 스펙트럼 특성에 중점을 둡니다.
스펙트럼 분석기는 무선 통신, 레이더 및 EMC 테스트의 기반을 형성하는 RF 및 마이크로파 주파수 영역 분석에 특화되어 있습니다.
이러한 핵심 차이점을 이해함으로써 사용자는 정밀한 RF 분석이든 고급 광학 스펙트럼 특성화이든 정보에 입각한 선택을 하고 정확하고 효율적인 측정 결과를 얻을 수 있습니다.